DE10025643A1 - Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper mit einer eingebrannten kataphoretischen Tauchlackierungsschicht und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper mit einer eingebrannten kataphoretischen Tauchlackierungsschicht und Verfahren zu deren Herstellung

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Abstract

Die Erfindung betrifft Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper mit einer eingebrannten kataphoretischen Tauchlackierungsschicht und Verfahren zu deren Herstellung. DOLLAR A Das Entfernen von Rückständen, die verfahrensbedingt auf der Oberfläche oder in grenznahen Oberflächenzonen vorhanden sind, erfolgt über ein elektrolytisches Entfetten mit nachfolgendem Dekapieren. Nachfolgend wird auf der Oberfläche eine Konversionsschicht ausgebildet. Darauf wird eine kataphoretische Tauchlackierungsschicht aufgebracht und eingebrannt. DOLLAR A Die mit dem Verfahren beschichteten Magnesium-Druckgusskörper zeigen keinerlei Ausgasungen und damit auch keine Porenbildung in den einzelnen Beschichtungsschritten. Darüber hinaus wird eine durchgängig ausgezeichnete Lackhaftung gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft Aluminium- und Magnesium-Druckguss­ körper mit einer eingebrannten kataphoretischen Tauchlackie­ rungsschicht nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, Ver­ fahren zu deren Herstellung nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 7 und Verwendungen nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 13.
Verfahren zum Beschichten von Druckgussteilen in Form des Auf­ bringens einer Korrosionsschutzschicht durch ein kataphore­ tisches Tauchlackieren mit nachfolgendem Einbrennen sind be­ kannt.
In der DE OS 195 00 362 A1 (Verfahren zum Reinigen von Metall­ gegenständen, insbesondere von Karosserien vor dem Lackieren, und gleichzeitigen Aufbringen einer Primerschicht bzw. einer ersten Korrosionsschutzschicht darauf) werden zur Vereinfachung des Verfahrens und der entsprechenden Anlagen die ungereinigten Metallgegenstände lediglich mit einem handelsüblichen, Metall­ silikate in wässriger Lösung enthaltende Reiniger beduscht oder in einen solchen untergetaucht. Dieses Verfahren ist für Stahl­ bleche vorgesehen. In der DE OS 197 16 234 A1 (Verfahren zur Herstellung von mehrschichtig lackierten Automobilteilen und Automobilkarosserien) werden mehrere Überzugsschichten aufge­ bracht. Die zweite Überzugsschicht wird durch elektrophore­ tische Abscheidung aus einem elektrophoretisch abscheidbaren Überzugsmittel erzeugt. Darüber werden weitere Überzugsschich­ ten aufgebracht. Auf das Verfahren des Reinigens wird nicht näher eingegangen. Damit sind hier die gleichen Nachteile zu erwarten. Damit kann aber nicht garantiert werden, dass insbe­ sondere die Verunreinigungen in den Poren entfernt werden. Diese Verunreinigungen basieren auf den beim Gießen notwendigen Formtrennmitteln. Nach der kataphoretischen Tauchlackierung mit dem anschließenden Einbrennen kann es zu Blasenbildungen kom­ men, die während des Einbrennens aufplatzen und die Schutz­ schicht partiell zerstören.
Der in den Patentansprüchen 1, 7 und 13 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, trotz porigem Gusses porenfreie eingebrannte kataphoretische Tauchlackierungsschichten auf Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörpern zu erhalten oder derartige Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper zur Ver­ fügung zu stellen.
Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1, 7 und 17 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Der Einsatz von gewichtssparenden Werkstoffen insbesondere im Automobilbau und dabei im Speziellen die Anwendung für PKW- Außenhautteilen in Form von z. B. Türen, Heckklappen usw. nimmt ständig zu. Die Fertigung dieser dünnwandigen Körper in höchs­ ter Oberflächenqualität setzt neue Anforderungen an die bereit hochproduktiven gießtechnischen Fertigungsverfahren, um hohe Stückzahlen mit engen Wanddickentoleranzen und komplizierten Körpergeometrien herstellen zu können. Das verlangt wiederum den Einsatz von Formtrennstoffen, um ein problemloses Entnehmen der Teile aus der Druckgießform zu ermöglichen. Die meist als Emulsion zum Einsatz gebrachten Trennhilfsmittel zersetzen sich weitestgehend während des Druckgießprozesses infolge hoher thermischer Beeinflussung in neue Verbindungen und werden so auch in Gussporen eingelagert.
Die überwiegend derzeit zum Einsatz gebrachten Trennstoffe und damit auch ihre Oberflächenrückstände, die im Wesentlichen auf dem dünnwandigen porösen Guss basieren, führen bei deren nicht vollständiger Entfernung von der Körperoberfläche oder aus grenznahen Oberflächenzonen zu erheblichen Problemen im Rahmen der nasschemischen Vorbehandlung und des zu betrachtenden elektrophoretischen Lackierprozesses, der für korrosiv hoch beanspruchte Anbauteile der Automobilindustrie als erste Be­ schichtung in Form der Grundierung nicht verzichtbar ist. Hierbei sind besonders Silizium-organische-Verbindungen, z. B Polysiloxane, und wässrige Polymerlösungen, z. B. Polyethylene, sowie deren Rückstände, z. B. Kohlenstoff, kritisch. So kann es trotz einer üblichen mehrstufigen Vorbehandlung zur Konterminierung von Elektrotauchbädern kommen, das zu Mängeln der Grundierungsqualität aber auch der darauf aufbauenden Be­ schichtungen führt. Im Besonderen liegen die negativen Erschei­ nungsbilder im Ausgasen von Gussporen und der damit verbundenen Kraterbildung im Lackaufbau, Lackeinfallstellen sowie einer partiellen verminderten Lackhaftung, die sich teilweise nach der kataphoretischen Tauchlackierung jedoch spätestens nach dei Pulverbeschichtung, oder einer vergleichbaren Schicht bei ver­ ändertem Schichtaufbau, zeigt. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass diese Nachteile aus­ geschlossen werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent­ ansprüchen 2 bis 6, 8 bis 12 und 14 angegeben.
Vorteilhafte Zusammensetzungen der Bäder sind nach den Weiter­ bildungen der Patentansprüche 2 bis 5 und 11 für
  • - das elektrolytische Entfettungsbad entweder ein alkalischer, wässriger Reiniger oder saurer, fluoridhaltiger, wässriger Reiniger mit einer Konzentration von 0,5 bis einschließlich 10%,
  • - das Dekapierbad eine fluorid- und tensidfreie 1 bis 10%ige wässrige Schwefelsäurelösung,
  • - das Ausbilden der Konversionsschicht eine chromhaltige oder chromfreie Konversionslösung und
  • - die Spülbäder jeweils zwischen dem elektrolytischen Entfet­ ten, dem Ausbilden der Konversionsschicht und dem katapho­ retischen Tauchlackieren mindestens ein Trink- oder vollent­ salztes Wasserbad.
Das elektrolytische Entfetten erfolgt vorteilhafterweise nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 bei einer Stromdichte größer 0 bis kleiner/gleich 12 A/dm2.
Ultraschallwellen in den Spülbädern nach den Weiterbildungen der Patentansprüche 5 und 12 unterstützen die Reinigung der Oberflächen der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper. Neben einer intensiven Spülung der gesamten Oberfläche ein­ schließlich der Poren des Aluminium- und Magnesium-Druckguss­ körpers wird auch der notwendige Zeitaufwand verringert. Das basiert auf den hohen Beschleunigungen und damit den großen Kräften, die im Schallfeld auch bei relativ geringer Leistung auftreten, da diese proportional dem Quadrat der Kreisfrequenz sind.
Durch die elektrolytische Reinigung der Oberfläche des Alumi­ nium- und Magnesium-Druckgusskörpers sind auch vorteilhafter­ weise nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 profilierte Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper bearbeitbar, so dass eine fehlerfreie Oberfläche nach dem Einbrennen der kataphore­ tischen Tauchlackierungsschicht erzielt wird. Damit werden hohe Korrosionsschutzanforderungen an Lackierungssysteme insbeson­ dere auch an profilierte Aluminium- und Magnesium-Druckguss­ körper gewährleistet.
Das elektrolytische Bad zum Entfetten nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 gewährleistet eine porentiefe Reinigung der Oberfläche des Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörpers, so dass auch in den Gussporen vorhandene Rückstände entfernt werden.
Ein Polaritätswechsel des Aluminium- und Magnesium-Druckguss­ körpers nach den Weiterbildungen der Patentansprüche 10 und 13 erleichtert das Aufbrechen der Bindungswirkung zwischen den Oberflächen der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper und den Verunreinigungen. Damit wird die Reinigungswirkung erhöht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass gleichzeitig die un­ kontrollierte Passivierung der Oberfläche unterdrückt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel werden ein Verfahren zum Be­ schichten von Magnesium-Druckgusskörpern durch Reinigen, Chro­ matieren und kataphoretisches Tauchlackieren, ein derartiger Magnesium-Druckgusskörper und eine Verwendung eines Reinigers und einer Dekapierlösung zum Entfetten und zum Reinigen und einer Chromatierlösung und einer kataphoretischen Tauchlackie­ rung mit anschließendem Einbrennen zur Erzeugung einer Schutz­ schicht auf der Oberfläche von Magnesium-Druckgusskörpern zusammen näher erläutert. Die Magnesium-Druckgusskörper sind dabei jeweils in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere dünn­ wandige Bauteile mit einer Dicke kleiner/gleich 5 mm. Das erste Reinigungsbad für den Magnesium-Druckgusskörper ist ein alkalischer, wässriger Reiniger mit einer Konzentration von 0,5 bis einschließlich 10%. Das Reinigungsbad ist ein elektro­ lytisches Bad, wobei die Stromdichte bei anodischer, katodi­ scher oder anodisch/katodisch wechselnder Arbeitsweise größer 0 bis kleiner/gleich 12 A/dm2 ist. Bei der letztgenannten Verfah­ rensweise befindet sich zwischen Magnesium-Druckgusskörper und Spannungsquelle und zwischen Elektrode und Spannungsquelle jeweils ein steuerbarer Schalter, so dass ein Potentialwechsel möglich wird. Der Magnesium-Druckgusskörper befindet sich drei bis sechs Minuten lang in diesem Reinigungsbad. Die Temperatur des Bades beträgt 60 bis 75°C.
Dieser Reinigungsstufe folgt ein Spülbad mit Trinkwasser. Danach erfolgt eine Dekapierung in einem Bad mit einer fluorid- und tensidfreien 3%igen wässrigen Schwefelsäurelösung unter Raumtemperatur mit einer Behandlungszeit von 15 bis 30 Sekun­ den.
Dieser Dekapierung folgen Spülbäder mit Trinkwasser. Über ein Chromatierungsbad mit H2Cr2O7 oder H2CrO4 wird eine Konversionsschicht ausgebildet.
Nach einer Spülung in einem Bad mit vollentsalztem Wasser er­ folgt nass-in-nass oder nach einer Trocknung die kataphoreti­ sche Tauchlackierung. Während der an der Körperoberfläche stattfindenden Elektrolyse werden aufgrund der vorherigen Reinigungsstufen in den entsprechenden Reinigungsbädern keine Verunreinigungen mehr aus der Oberfläche herausgelöst.
Derartige Verunreinigungen rühren von den Trennmitteln her. Dieses Verhalten zeigt sich auch beim anschließenden Einbrennen der kataphoretischen Tauchlackierungsschicht mit einer Tempe­ ratur von 160°C bis 210°C.
Die mit dem Verfahren beschichteten Magnesium-Druckgusskörper zeigen keinerlei Ausgasungen und damit auch keine Porenbildung in den einzelnen Beschichtungsschritten. Darüberhinaus wird eine durchgängig ausgezeichnete Lackhaftung gewährleistet.
In weiteren Ausführungsformen sind die Spülbäder mit wenigstens einer ultraschallaussendenden Einrichtungen versehen, so dass die Ultraschallwellen auf die Oberfläche des Magnesium-Druck­ gusskörpers treffen.
Anstelle des Magnesium-Druckgusskörpers wird in einer weiteren Ausführungsform ein Aluminium-Druckgusskörper unter Verwendung des Verfahrens des Ausführungsbeispiels mit einer kataphore­ tischen Tauchlackierungsschicht versehen.

Claims (14)

1. Verfahren zum Beschichten von Aluminium- und Magnesium- Druckgusskörpern durch Reinigen, Bildung einer Konversionsschicht und kataphoretisches Tauchlackieren, insbesondere von dünnwandigen Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium- und Magnesium- Druckgusskörper elektrolytisch in einem alkalischen, wässrigen Reiniger entfettet wird, dass der Aluminium- und Magnesium- Druckgusskörper vor der Reinigung mit einem Potential beaufschlagt wird oder kein Potential aufweist und dass während des Entfettens der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper die Anode oder die Katode ist oder dass während des Entfettens wenigstens ein Polaritätswechsel stattfindet und dass der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper in einer schwefelsäurehaltigen wässrigen Lösung dekapiert, in einer Konversionslösung sich auf der Oberfläche eine Konversionsschicht ausbildet und nachfolgend kataphoretisch tauchlackiert wird, dass der Aluminium- und Magnesium- Druckgusskörper jeweils zwischen dem elektrolytischen Entfetten, dem Dekapieren, dem Ausbilden der Konversionsschicht und dem kataphoretischen Tauchlackieren mindestens einmal in einem Wasser gespült wird und dass der kataphoretisch aufgebrachte Lack eingebrannt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper elektrolytisch mit einer Stromdichte größer 0 bis kleiner/gleich 12 A/dm2 entweder in einem alkalisch, wässrigen Reiniger oder in einem sauren, fluoridhaltigen, wässrigen Reiniger in einer Konzentration von 0,5 bis einschließlich 10% entfettet wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper in einer fluorid- und tensidfreien 1 bis 10%igen wässrigen Schwefelsäurelösung dekapiert wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper in einer chromhaltigen oder chromfreien Konversionslösung behandelt wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper jeweils zwischen dem elektrolytischen Entfetten, dem Dekapieren, dem Ausbilden der Konversionsschicht und dem kataphoretischen Tauchlackieren mindestens einmal in Trink- und/oder vollentsalztem Wasser gespült wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens bei einer Spülung die Oberfläche des Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörpers weitestgehend mit Ultraschallwellen beaufschlagt wird.
7. Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper, insbesondere dünnwandige Bauteile, mit einer eingebrannten kataphoretischen Tauchlackierungsschicht, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Oberfläche des elektrolytisch in einer entweder alkalischen oder sauren, fluoridhaltigen Lösung entfettetem und in einer schwefelsäurehaltigen Lösung dekapiertem Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörpers eine ausgebildete Konversionsschicht und die eingebrannte kataphoretische Tauchlackierungsschicht übereinander befinden.
8. Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper ein nichtprofilierter oder profilierter Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper ist.
9. Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ein elektrolytisches Bad zum Entfetten ist und dass das Bad zum Entfetten entweder ein alkalischer, wässriger Reiniger oder ein saurer, fluoridhaltiger, wässriger Reiniger ist.
10. Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper nach den Patentansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper im elektrolytischen Bad zum Entfetten die Katode oder die Anode ist oder dass der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper über einen steuerbaren Schalter mit einer Spannungsquelle so verbunden ist, dass der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper mit der Anode oder der Katode elektrisch leitend verbunden ist und dass eine Elektrode im elektrolytischen Bad dementsprechend entweder die Katode oder die Anode ist.
11. Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Entfetten, Dekapieren, Ausbilden der Konversionsschicht und kataphoretischen Tauchlackieren der Aluminium- und Magnesium- Druckgusskörper mindestens in einem wässrigen Spülbad platziert ist.
12. Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Spülbad mindestens eine ultraschallaussendende Einrichtung so angeordnet ist, dass die Ultraschallwellen weitestgehend auf die Oberfläche des Aluminium- und Magnesium- Druckgusskörpers treffen.
13. Verwendung eines Reinigers und einer Dekapierlösung zum Entfetten und zum Reinigen und einer chromhaltigen oder chromfreien Konversionslösung und einer kataphoretischen Tauchlackierung mit anschließendem Einbrennen zur Erzeugung einer Schutzschicht auf den Oberflächen von Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörpern, insbesondere von dünnwandigen Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfetten der Oberfläche des Aluminium- und Magnesium- Druckgusskörpers ein elektrolytisches, entweder alkalisch, wässriges Reinigungsbad oder saures, fluoridhaltiges wässriges Reinigungsbad und dass zum Dekapieren der Oberflächen des Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörpers ein schwefelsäurehaltiges wässriges Bad als Grundlage für die nachfolgenden Ausbildung der Konversionsschicht, kataphoretischen Tauchlackierung und Einbrennen verwendet werden.
14. Verwendung nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper vor der Reinigung mit einem Potential beaufschlagt wird oder kein Potential aufweist und dass während des elektrolytischen Entfettens der Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper die Anode oder die Katode ist oder dass während des elektrolytischen Entfettens wenigstens ein Polaritätswechsel stattfindet.
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